7.3 Вскрытие и подготовка рудных месторождений
7.3.1 Вскрытие рудных месторождений
Шахтные поля рудных шахт вскрывают вертикальными и наклонными стволами, штольнями, а при комбинированном способе вскрытия используют сочетания из перечисленных выработок, например вертикальные и наклонные стволы и пр.
Основные требования к вскрытию рудных месторождений:
необходимость двух выходов на земную поверхность;
удобная площадка для размещения поверхностного комплекса;
возможность своевременной подготовки нового горизонта и т. д.
Стволы располагают в породах лежачего бока вне зоны сдвижения вмещающих пород с тем, чтобы не оставлять рудных целиков и не увеличивать потери ценного полезного ископаемого. Исключения возможны при вскрытии горизонтальных и пологих месторождений, занимающих большие площади.
Если длина рудного тела по простиранию не превышает 600—800 м, то основной и вспомогательный стволы располагают на флангах залежи (рис. 7.2). При большей длине рудного тела основные стволы располагают в центре шахтного поля (рис. 7.3), а вспомогательный и вентиляционный — на флангах. Фланговое расположение вентиляционных стволов обеспечивает надежное проветривание горных выработок всего рудника. Число главных рудоподъемных стволов может быть от 1 до 3 и зависит от мощности рудника, многосортности добываемой руды, числа независимых подъемных горизонтов.
При разработке крутых рудных тел применяют вскрытие этажей с концентрационными горизонтами, при котором на 2..4 этажа сооружают один основной, концентрационный горизонт и 1..3 промежуточных (рис. 7.4). На концентрационном горизонте проводят все необходимые выработки: основной квершлаг, околоствольный двор с камерами и дробильной установкой. На промежуточных горизонтах проводят только вспомогательные квершлаги, которые используют для подачи воздуха для проветривания выработок, перевозки людей и материалов. Руда по квершлагам промежуточного горизонта не транспортируется или же доставляется только до капитального рудоспуска, проведенного на концентрационный горизонт.
Преимущество этой схемы вскрытия: сокращение объема капитальных горных выработок за счет уменьшения числа дробильных установок, приемных бункеров скипового подъема, водоотливных установок и пр., которые сооружают только на основном горизонте.
Рис. 7.2. Схема подготовки пологой рудной залежи:
1 — основной ствол; 2 — главный откаточный штрек; 3 — погрузочные люки; 4 — орты; 5 — вспомогательный ствол
Рис. 7.3. Вскрытие рудной залежи вертикальными стволами и этажными квершлагами:
1 — центральные стволы; 2 — фланговые стволы; 3 — откаточные воздухоподающие квершлаги; 4 — откаточные штреки; 5 — границы зоны сдвижения вмещающих пород; 6 — фланговые квершлаги
На промежуточном горизонте сооружают простой околоствольный двор небольшого объема, а промежуточный квершлаг имеет однопутное сечение. При этом шахта обеспечивается необходимым резервом вскрытых и подготовленных, улучшается работа подземного транспорта благодаря наличию емких бункеров, увеличить концентрацию торных работ, что обеспечивает дополнительную экономию на вспомогательных работах.
Рис. 7.4. Вскрытие крутой рудной залежи вертикальными стволами с концентрационными горизонтами:
1 — основной ствол; 2, 3 — квершлаги концентрационного и промежуточных горизонтов соответственно; 4 — слепой вспомогательный ствол для промежуточных горизонтов последней очереди вскрытия; 5 — бункер; 6 — скиповой дозатор
Недостатки: увеличение сроков строительства шахты, первоначальных капитальных затрат и затрат на подъем полезного ископаемого и воды на поверхность, поступающих с промежуточных на основной горизонт.
Разработка рудных месторождений достигла глубин в пределах 800..1000 м и в отдельных случаях свыше 3 км. Вскрытие и отработка месторождений на больших глубинах усложняются из-за увеличения горного давления, повышения температуры пород, снижения их устойчивости; усложняется подъем руды ;на поверхность.
При разработке месторождений на больших глубинах применяют так называемое двухступенчатое вскрытие. Вертикальные стволы проходят до глубины 1500—1800 м, при которой еще технически возможно применение многоканатного подъема. Ниже сооружают слепые вертикальные или наклонные стволы (рис. 7.5).
По вертикальным слепым стволам подъем руды осуществляется в скипах или в вагонетках в клетях, по наклонным — конвейерами. При этом пропускная способность основного ствола сохраняется постоянной, длина же квершлагов, расположенных ниже основного подъемного горизонта, существенно сокращается, но наличие пункта перегрузки, особенно при вертикальных слепых стволах, усложняет схему транспорта.
На практике встречаются случаи, когда на относительно небольшом по территории участке сосредоточено несколько изолированных рудных тел. В этих условиях рекомендуют применять групповое вскрытие, при котором имеются один общий рудоподъемный ствол и концентрационный горизонт (рис. 7.6), на который перепускают полезное ископаемое с вышележащих этажей отдельных руд тел. В результате централизации подъема снижаются расходы на сооружение технологического комплекса на поверхности, на подъем руды и водоотлив.
На отечественных и зарубежных рудниках успешно применяется вскрытие месторождений наклонными стволами с подъемом руды ленточными конвейерами (рис. 7.7). Большим их недостатком является необходимость предварительного дробления руды до размеров не более 200 мм во избежание быстрого износа ленты. Угол наклона конвейеров 16—17°.
Рис. 7.5. Двухступенчатое вскрытие рудного тела:
а —с вертикальными слепыми стволами; б —с наклонными слепыми стволами; /—главный скиповой ствол; 2 — квершлаги; 3 — канатный ходок; 4 — верхний бункер; 5 — машинная камера слепого ствола; 6 — слепой ствол; 7 — рудоспуск; 8 — дробильная установка: 9 — наклонный слепой ствол
Рис. 7.6. Групповое вскрытие рудных тел:
1 — концентрационный горизонт; 2 — рудоподъемный ствол; 3 — рудоспуски; 4 — вспомогательные и вентиляционные стволы
При конвейерном подъеме обычно вскрывают сразу несколько горизонтов, всю руду перепускают на нижний горизонт в дробильную установку, которая питает конвейер. Преимущество подъема руды конвейерами – практически неограниченная производительность при любой глубине. Недостатки: увеличенная длина ствола, наличие большого количества приводных станций и камер для их оборудования, необходимость подземной дробильной установки. Конвейерный подъем руды по наклонным стволам целесообразно применять для рудников с производительностью более 6—8 млн. т в год, когда для подъема руды в скипах потребовалось бы несколько стволов.
Рис. 7.7. Вскрытие наклонными стволами с конвейерным подъемом:
1 — наклонный ствол с конвейером; 2 — вспомогательный ствол; 3 — рудоспуск с бункерами; 4 — дробильная установка; 5 — квершлаг
Рис. 7.8. Вскрытие рудного тела штольней с капитальным рудоспуском и вспомогательным стволом
Если же месторождение располагается в гористой или сильно пересеченной местности, то вскрытие осуществляется преимущественно штольнями (рис. 7.8). Со штольневого горизонта для подготовки рудного тела проводят капитальный рудоспуск и вспомогательный ствол.
Основным транспортным горизонтом является штольневый; вспомогательные стволы служат для вентиляции, спуска-подъема людей и грузов; рудоспуски обычно обслуживают несколько этажей.